JP5185299B2 - 信号処理装置、及びそれを用いた受信システム、並びに信号処理方法 - Google Patents
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Description
この技術を用いて、広帯域に割り当てられている複数のアナログ信号を、当該複数のアナログ信号が割り当てられている周波数領域全体に対して圧縮センシングを行うことで、サンプリングの際に出力されるデジタル信号のデータ量を削減し、このデジタル信号を用いて元の複数のアナログ信号を復元(デジタル・アナログ変換)する研究も行われている(非特許文献1)。
そのため、複数のアナログ信号のうち幾つかのアナログ信号に対して圧縮センシングを適用したくない場合、圧縮センシングを適用するアナログ信号と、圧縮センシングを適用しないアナログ信号とに分け、それぞれを別のサンプリング回路を用いてサンプリングを行うなど、圧縮センシングの適用に応じて分けて処理しなければならなかった。例えば、分けて処理をするために複数のサンプリング回路を設けると、回路の小型化が困難になるとともに、製造コストの増加を招いてしまうという問題があった。
図1は、第1実施形態の受信システム1の構成を示す概略ブロック図である。
図示するように、受信システム1は、無線受信部100と、信号処理装置200と、ベースバンド信号処理部300とを具備している。信号処理装置200は、制御部210と、サンプリング部220と、分配部230と、復元部240とを備えている。
この重要度は、信号に対する処理の内容で設定される。例えば、受信して処理すべきデータが含まれている信号に対しては、当該データを得るための復調及び復号を行うために高いノイズ等が少ないことが要求されるので重要度を高くし、受信して処理すべきデータが含まれているか否かを判定することが要求される信号に対しては、受信して処理すべきデータが含まれている信号より低い重要度が設定される。或いは、信号に対する通信品質、具体的には、BER(Bit Error Rate;ビット誤り率)などが予め定めた基準値より高い場合には重要度を低くし、基準値より低い場合には重要度を高くする設定がされる。
また、制御部210は、ベースバンド信号処理部300から重要度を変更する要求を示す情報を含む重要度変更信号が入力され、当該要求に基づいて無線信号に含まれる信号の重要度を変更して、変更を反映した受信制御信号及びサンプリング制御信号を出力する。
ベースバンド信号に対して行う処理としては、例えば、重要度の高いベースバンド信号に対しては、復調及び復号を行うことでベースバンド信号に含まれるデータを取得し、重要度の低いベースバンド信号に対しては、復調を行い当該ベースバンド信号に受信すべきデータが含まれるか否かを判定する。そして、ベースバンド信号処理部300は、当該ベースバンド信号に受信すべきデータが含まれていると判定した場合、当該ベースバンド信号の重要度を高くする要求を示す情報を制御部210に出力する。
図3は、同実施形態の無線受信部100の構成例を示す概略ブロック図である。
無線受信部100は、局部信号生成部10、電力位相調整部20、周波数変換部30、帯域制限部40、可変利得増幅部50を備える。
電力位相調整部20は、局部信号生成部10から供給される各局発信号の電力を設定に応じて減衰させる可変減衰部(ATT)21−1、21−2、…、21−Nを有している。可変減衰部21−1は、局発信号部11−1が出力する局発信号の電力を設定された減衰率に応じて減衰させて出力することにより、局発信号に対して要求される電力設定を行うことができる。可変減衰部21−2、…、21−Nは、可変減衰部21−1と同様に、局発信号部11−2、…、11−Nが出力する局発信号の電力を設定された減衰率に応じて減衰させて出力する。
具体的には、周波数変換部30は、バンドパスフィルタ(BPF)31、ローノイズアンプ(LNA)32、合成部33、ミキサ34を有して構成される。バンドパスフィルタ31は、アンテナに接続され、アンテナを介して受信された無線信号のうち処理対象の範囲の周波数帯域の無線信号を抽出する。ローノイズアンプ32は、バンドパスフィルタ31によって選択された無線信号を増幅する。合成部33は、局部信号生成部10から供給される各局発信号を合成して1つの信号にする。ミキサ34は、ローノイズアンプ32が増幅した無線信号を合成部33が合成した信号と混合することでベースバンド帯域のベースバンド信号に周波数変換を行う。
可変利得増幅部50は、帯域制限部40が選択した周波数帯域の信号を増幅する。
図4は、同実施形態における無線受信部100の動作例を示す模式図である。
図4(a)は、バンドパスフィルタ31で選択された無線信号がローノイズアンプ32で増幅された信号の配置を示す図である。横軸は、無線信号帯域の周波数範囲を示し、縦軸は各周波数帯域(バンド)の信号電力を示す。
図示するように、無線信号は、周波数の低い方から順に配置されるバンドS11からS13の信号を含む。また、バンドS13の信号は、他のバンドの信号より信号電力が大きい。ここでは、局部信号生成部10から供給される局発信号の周波数LO−1、LO−2、及びLO−3を併せて示している。
周波数変換部30は、バンドS11〜S13の信号それぞれの周波数と、局発信号の周波数との差によって示される周波数にバンドS11〜S13の信号の周波数を変換してベースバンド帯域に配置する。バンドS11〜S13の周波数に対して局発信号の周波数LO−1〜LO−3をバンドS11〜S13の周波数帯域幅に応じて選択することにより、バンドS11〜S13それぞれの信号をベースバンド帯域の所望の周波数に変換するとともに、周波数の低い領域にそれぞれ信号の帯域を隣接させ並べて配置する。
周波数変換の結果により直流付近から、バンドS13、バンドS11、バンドS12の順にそれぞれの帯域が配置される。ここで、バンドS13の帯域については、他のバンドS11、S12の信号に比べて電力が減衰した状態を示している。また、周波数の高い領域に局発信号のリークが生じる。
以上に示したように、無線受信部100は、局部信号生成部10の局発信号の周波数を、適宜設定することにより、信号電力が大きいチャネルの信号を抑圧してゲインを調整するとともに、限られた周波数範囲にそれぞれの帯域の信号を配置することができる。
BL=Bi+1+Bi+2+…+BN …(2)
Btotal=BH+BL …(4)
サンプリング部220は、2(M=2)個のサンプリング値ごとに1個のサンプリング値、具体的には、時刻t1、t3、t5、…、t29、…において得られたサンプリング値を選択するとともに、ランダム又は予め定められたパターンで示されたサンプリング値、具体的には、時刻t2、t10、t20、t26、t30、…において得られたサンプリング値を選択し、選択したサンプリング値を時刻順に出力する。
換言すると、サンプリング部220は、制御部210が決定したサンプリング周波数Bgridと、選択パターンとに基づいて、周波数帯域Bdecに対する通常のサンプリングと、周波数帯域Bdec及び周波数帯域Bsensに対してサンプリング周波数Bgridによる圧縮センシング(圧縮サンプリング)とを同時に行っていることになる。
復元部240は、所定のアルゴリズムを適用して、分配部230から入力されたサンプリング値と、制御部210から入力されたサンプリング制御情報とから周波数帯域Bdecの信号S1及びS2と、周波数帯域Bsensの信号S3〜S5を復元してベースバンド信号処理部300に出力する。すなわち、復元部240は、分配部230から入力された信号に基づいて圧縮センシングされた周波数帯域Bsensの信号S3〜S5を復元することになる。
なお、時刻t1、t3、t5、…、t29、…において得られたサンプリング値は、サンプリング周波数BNyqでサンプリングしたものであり、これらのサンプリング値からエリアシングの生じていない周波数帯域Bdecの信号と、エリアシングの生じている周波数帯域Bsensの一部の信号とを得ることができる。
図10は、第2実施形態の受信システム1aの構成を示す概略ブロック図である。
図示するように、受信システム1aは、無線受信部100と、信号処理装置200aと、ベースバンド信号処理部300とを具備している。信号処理装置200aは、制御部210と、サンプリング部220と、分配部230と、復元部240と、検波部250とを備えている。同図において、第1実施形態の受信システム1と同一の構成には同一の符号(100、220、230、240、300)を付し、その説明を省略する。
検波部250は、無線受信部100から出力される複数のベースバンド信号それぞれの受信電力値を測定し、測定した受信電力値を示す情報を制御部210aに出力する。
図11は、第3実施形態の受信システム5の構成を示す概略ブロック図である。
図示するように、受信システム5は、中央局装置6と、リモート局装置7とを具備し、中央局装置6及びリモート局装置7が伝送路8を介して接続されている。中央局装置6は、分配部230と、復元部240と、中央局制御部260と、ベースバンド信号処理部300とを備えている。リモート局装置7は、無線受信部100と、サンプリング部220と、リモート局制御部270とを備えている。同図において、第1実施形態の受信システム1と同一の構成には同一の符号(100、220、230、240、300)を付し、その説明を省略する。
リモート局制御部270は、中央局制御部260から受信した受信制御信号を無線受信部100に出力し、中央局制御部260から受信したサンプリング制御信号をサンプリング部220に出力する。
また、本実施形態において、第2実施形態と同様に、検波部250をリモート局装置7に設けて、無線受信部100が出力する各ベースバンド信号の受信電力値を検出して伝送路8を介して中央局制御部260に送信し、中央局制御部260が受信した受信電力値に応じて重要度を変更するようにしてもよい。これにより、受信システム5においても受信電力値に応じて重要度を変更することができ、受信する無線信号の変動に適応したサンプリング値の伝送を行うことができる。
また、本実施形態の構成を示す図11には、サンプリング値を含むパケットを送る伝送路8と、受信制御信号及びサンプリング制御信号を送る伝送路8とを異なる線を用いて表しているが、物理的に1つの伝送線路に重畳して伝送してもよい。
また、上述の各実施形態において、無線受信部100が受信する無線信号の周波数帯域ごとに予め定められた重要度に応じて、サンプリングを行うようにしてもよい。
6…中央局装置
7…リモート局装置
8…伝送路
10…局部信号生成部
11−1、11−2、11−N…局発信号部
20…電力位相調整部
21−1、21−2、21−N…可変減衰部
30…周波数変換部
31…バンドパスフィルタ
32…ローノイズアンプ
33…合成部
34…ミキサ
40…帯域制限部
50…可変利得増幅部
100…無線受信部
200、200a…信号処理装置
210、210a…制御部
220…サンプリング部
230…分配部
240…復元部
250…検波部
260…中央局制御部
270…リモート局制御部
300…ベースバンド信号処理部
Claims (5)
- 第1信号が第2信号より低い周波数帯域に配置された第3信号に対して、前記第1信号の帯域幅の2倍に前記第2信号の帯域幅を加えた周波数のM(Mは、2以上の自然数)倍の周波数をサンプリング周波数とし、サンプリングにより得られるサンプリング値のうち、M個のサンプリング値ごとに1つのサンプリング値を選択する第1の選択と、M個のサンプリング値ごとにランダム又は予め定めたパターンでサンプリング値を選択する第2の選択とを表す選択パターンを決定する制御部と、
前記制御部が算出する前記サンプリング周波数で前記第3信号をサンプリングし、サンプリングで得られたサンプリング値を前記制御部が決定した選択パターンに基づいて出力するサンプリング部と、
前記サンプリング部が出力するサンプリング値に対して所定のアルゴリズムを用いて前記第2信号を復元する復元部と、
前記サンプリング部が出力するサンプリング値のうち前記第1の選択により選択されたサンプリング値に基づいて前記第1信号に対する第1の処理を行うとともに、前記復元部が復元した前記第2信号に対して前記第1の処理と異なる第2の処理を行う信号処理部と
を備えることを特徴とする信号処理装置。 - 前記選択パターンで選択されるサンプリング値のうち、ランダム又は予め定められたパターンで選択されるサンプリング値の個数は、前記第2の信号に対して要求される復元の精度により定められる
ことを特徴とする請求項1に記載の信号処理装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の信号処理装置と、
受信した無線信号に含まれる前記第1信号及び前記第2信号に対して周波数変換を行い、前記第1信号を前記第2信号より低い周波数帯域に配置した前記第3の信号を出力する無線受信部と、
前記信号処理装置により復元された前記第1信号及び前記第2信号に基づいて前記第1信号及び前記第2信号の重要度の変更を行う信号処理部と
を備えることを特徴とする受信システム。 - リモート局装置と中央局装置とが伝送線で接続された受信システムであって、
前記リモート局装置が、
受信した無線信号に含まれる第1信号及び第2信号に対して周波数変換を行い、前記第1信号を前記第2信号より低い周波数帯域に配置した第3信号を出力する無線受信部と、
前記第3信号をサンプリングし、サンプリングで得られたサンプリング値のいずれのサンプリング値を出力するかを示す選択パターンに基づいて送信するサンプリング部と
を備え、
前記中央局装置が、
前記サンプリング部から受信したサンプリング値に対して所定のアルゴリズムを用いて前記第1信号及び前記第2信号を復元する復元部と、
前記復元部が復元した前記第1信号及び前記第2信号に対して所定の信号処理を行う信号処理部と、
前記第1信号の帯域幅の2倍に前記第2信号の帯域幅を加えた周波数のM(Mは、2以上の自然数)倍の周波数を前記サンプリング部におけるサンプリング周波数にする制御を行うとともに、サンプリングして得られるサンプリング値のうち、M個のサンプリング値ごとに1個のサンプリング値を選択する第1の選択と、M個のサンプリング値ごとにランダム又は予め定めたパターンでサンプリング値を選択する第2の選択とを表す前記選択パターンを決定して前記サンプリング部に送信する制御部と
を備える
ことを特徴とする受信システム。 - 第1信号が第2信号より低い周波数帯域に配置された第3信号に対して、前記第1信号の帯域幅の2倍に前記第2信号の帯域幅を加えた周波数のM(Mは、2以上の自然数)倍の周波数をサンプリング周波数とし、サンプリングにより得られるサンプリング値のうち、M個のサンプリング値ごとに1つのサンプリング値を選択する第1の選択と、M個のサンプリング値ごとにランダム又は予め定めたパターンでサンプリング値を選択する第2の選択とを表す選択パターンを決定する制御過程と、
前記制御過程において算出する前記サンプリング周波数で前記第3信号をサンプリングし、サンプリングで得られたサンプリング値を前記制御部が決定した選択パターンに基づいて出力するサンプリング過程と、
前記サンプリング過程において出力されるサンプリング値に対して所定のアルゴリズムを用いて前記第2信号を復元する復元過程と、
前記サンプリング過程において出力されるサンプリング値のうち前記第1の選択により選択されたサンプリング値に基づいて前記第1信号に対する第1の処理を行うとともに、前記復元過程において復元された前記第2信号に対して前記第1の処理と異なる第2の処理を行う信号処理過程と
を備えることを特徴とする信号処理方法。
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